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Sensor de Tensao utilizando Optoacoplador 4n 25
Arthur Moura Camargos de Freitas
1.Resumo
Os experimentos apresentados neste relatorio foram realizados após estudos criteriosos sobre alguns dispositivos como diodos e transistores que mesmo em circuitos independentes podem interagir atraves de radiacao de ondas eletromagneticas este tipo de disposicao e feita sobre um dispositivo eletronico chamado opto acoplador que tem como objetivo ligar dois circuitos sem que possuam duas alimentacoes distintas. Mas sera que este dispositivo poderia ser butilizado de outra forma como um sensor de variacao de tensao para monitoramento de sistemas eletricos ou mesmo para prever qual o comportamento da tensao em um circuito.
1.3 Introducao
Um circuito optoacoplador e um dispositivo eletronico que mescla tecnologias oticas e eletronicas. Sua principal caracteristica e a dectecao e emisao de radiaco de ondas eletromagneticas.
Componentes óticos
Materiais óticos são matérias que podem conduzir ou modificar características das ondas eletromagnéticas como velocidade e direção de propagação como espelhos, fibras óticas e outros.
Figura 1 – Funcionamento da fibra ótica
1.3.2 DIODO EMISSOR DE LUZ (LIGHT EMMITING DIODE - LED)
O LED diodo é um componente que apresenta uma junção PN, semelhante a um diodo, que emite luz visível ou radiação perto do infravermelho quando diretamente polarizado. LED de luz visível emitem em comprimentos de onda bastante definidos, tais como azul, amarelo, vermelho, laranja, verde, etc. Os LEDs são componentes cuja intensidade luminosa depende da corrente que circula pelos mesmos. Geralmente a corrente para a polarização de um LED deve ficar na faixa de 3 mA a 40 mA.
Figura 2 – Esquema do funcionamento de um LED
1.3.2 Foto Transistor
O foto transistor é um transistor bipolar comum, porém com uma janela de modo a facilitar entrada de luz. A luz age sobre as junções internas do transistor exatamente como se fosse uma corrente de base, incrementando a condução entre o coletor e o emissor, em razão da intensidade da luz.
Figura 3 – Foto transistor
1.3.3 Circuito Opto acoplador
Opta acopladores são componentes eletrônicos cuja finalidade e isolar tensões entre dois circuitos que estejam interligados. Principalmente entre circuitos que possuam terras distintas.
O opto acoplador utilizado nos experimentos foi o 4n25 mostrado na figura 4, por ser muito simples e de baixo custo. Os pino 1 esta ligado ao anodo do diodo infra vermelho e o pino dois ao catodo. Na teoria quanto maior a corrente que passa estre o anodo para o catodo maior e a quantidade de portadores livres e mais íons e liberado para a base do foto transistor. Como a corrente na base aumenta a diferença de potencial entre o coletor pino 5 e o emissor pino 4 maior a corrente que percorre entre os dois terminais.
Figura 4 – Circuito Opto acoplador 4n25
1.4 Objetivo
Colocando uma carga entre o coletor e o emissor afim de verificar se a tensão de entrada e saída obedecem uma relação linear para que se possa construir um sensor de variação de diferença de potencial.
Metodologia e Procedimentos Experimentais
Ligado em uma fonte de tensao que poderia ser variado a tensao entre 0 e 10 V ligada em serie com uma resistencia de 1K e o outro terminas da resitencia conectado no pino um do sensor 4n25 o pino dois foi aterrado na fonte. Na saida do pino 4 que corresponde ao emissor do foto transistor que estava conectado uma resitencia de 1K no terra de outra fonte com valor de tensao fixo de 5V a alimentacao do terra foi colocado no pino 5 refente ao coletor o pino 6 que e a base do transitor não foi conectado pois a corrente que circulara na base sera proveniente da radiacao causado pelo LED infra vermelho, como mostra a figura 5. Foram colocados quatro voltimetros digitais para coletar os dados onde Vin representa a tensao de entrada, Vr a queda de tensao sobre o resistor, Vd a tensao sobre o LED e Vs a tensao de saida do circuito opto acoplador.
Figura 5 – Circuito Opto acoplador 4n25
Resultados e Conclusão
3.1 Relacionando a Tensao de com os dispositivos de entrada
O primeiro experimento foi realizado variando a fonte de um em um volts e coletados somente as tensoes da fonte da resistencia e sobre o diodo, os resultados estao mostrados no grafico 1. Como pode ser observado no grafico 1 a queda sobre o diodo LED e sempre o mesmo de aproximadamente 0,7 V o que muda e a quantidade de portadores livres que almenta com a tensao linearmente de 1 V ate 7 V que ocorre quando o LED já esta saturado ou seja não consegue liberar mais portadores livres.
Grafico 1 – Relacao de tensao de entrada e quedas de tensao sobre os componentes do opto acoplador
Relacao de Tensao de entrada sobre resistencias R e resistencia de saida
Como as hipoteses feitas antes dos experimentos com embasadas nas teorias sobre diodos o primeiro teste estava dentro do esperado o passo seguinte seria analizar o comportamento das quedas de tensao sobre as resistencias a de entrada e a de saida, como mostra o grafico 2. O Vr representa a queda sobre a resistencia de entrada que fica entre a fonte e o pino 1 e a Vs a queda sobre a resistencia de saida que fica entre o pino 4 e o terro da fonte de 5 V. O grafico 3 tambem mostra o mesmo experimento realizado sobre as duas resistencias mas a fonte 1 foi variada de 0, 5 a 0,5 V para se ter mais pontos para se analizar as curvas de quedas de tensao de entrada e saida.
Grafico 2 – Quedas de tensao Sobre a resistencia de entrada e de saida
Grafico 3 – Quedas de tensao Sobre a resistencia de entrada e de saida
Como os dados dos graficos 2 e 3 revelam a tensao de saida obedece uma relacao linear com a tensao de entrada apesar dos dios circuitos estarem isolados fisicamente como a resistencia de saida era de 1k a corrente do emisor saturou antes do esperado quando a tensao de entrada estava em aproximadamente 5 V mas e visto que existe uma relacao linear entre os dois circuitos.
Como o primeiro passo sobre sensores que interpretem variacoes de diferenca de potencial os experimentos foram um sucesso pois todos os dados estavam dentro dos esperados levando em conta os estudos sobre diodos e transistorores os proximas passos seram a amplificacao do sinal de saida e converter estes dados em sinais digitais para facil manipulacao.
Bibliografia
[1] Robert Boylestad; Louis Nashelky. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos Terceira edição Prentice/Hall do Brasil
[2] http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola/4N26.pdf
[3] http://lusorobotica.com/index.php?topic=1192.0
